Прорывы в области бионических рук: искусственный интеллект и принцип синергии улучшают контроль над протезами

За последние десятилетия значительный прогресс в технологиях изменил ситуацию с искусственными руками, предоставив новую надежду и мобильность людям с ампутированными конечностями, потерявшим руку в результате несчастного случая или болезни.

Новейшие протезы теперь дают людям с ампутированными конечностями возможность восстановить независимые движения пальцев и вращение запястья. Эти достижения, управляемые через приложение для смартфона или сигналы мышц предплечья, знаменуют собой поворотный момент в области вспомогательной робототехники.

В недавнем обновлении профессор Кристина Пьяцца, эксперт в области реабилитации и ассистивной робототехники в Мюнхенском техническом университете (TUM), и ее исследовательская группа находятся в авангарде этой революции. Они представили революционную разработку, которая использует искусственный интеллект (ИИ) для улучшения управления современными протезами рук.

Включив «принцип синергии» и задействовав 128 датчиков на предплечье, исследователи стремятся сделать управление протезом более интуитивным для пациентов.

Принцип синергии, основанный на нейробиологических исследованиях, показывает, что человеческий мозг синхронно активирует пул мышечных клеток во время выполнения определенных задач.

Профессор Пьяцца сказал: «Когда мы используем руки, чтобы схватить объект, мы синхронно двигаем пальцами и адаптируемся к форме объекта, когда происходит контакт».

Используя этот принцип, исследователи разрабатывают алгоритмы обучения, которые сделают движения искусственных рук более естественными и плавными.

Ключ к достижению интуитивного движения лежит в понимании и воспроизведении сложных паттернов, наблюдаемых в человеческий мозг. Патрисия Капси Моралес, старший научный сотрудник команды профессора Пьяццы, подчеркнула важность машинного обучения для понимания индивидуальных различий и улучшения адаптивности с течением времени.

«С помощью машинного обучения мы можем понять различия между предметами и улучшить адаптируемость управления с течением времени и в процессе обучения», — сказал Моралес.

Исследование включает в себя эксперименты с новым подходом с использованием пленок, оснащенных до 64 датчиками как на внутренней, так и на внешней стороне предплечья. Эта установка позволяет исследователям изучать мышечную активацию и оценивать электрические сигналы, передаваемые спинальными мотонейронами.

Профессор Пьяцца подчеркнул важность использования нескольких датчиков для сбора информации от разных групп мышц, что позволяет детально понять активацию мышц, ответственных за определенные движения рук.

Восемь из десяти человек, как показали текущие исследования, посвященные движениям запястий и рук, предпочитают интуитивный метод. Это предпочтение соответствует более эффективному и естественному способу управления протезами конечностей.

Однако исследование также показывает, что двое из десяти человек учатся использовать менее интуитивный метод и в конечном итоге становятся более точными в своих движениях.

Несмотря на эти новаторские достижения, в поисках усовершенствованного контроля над искусственными руками остаются проблемы. Алгоритм обучения, опирающийся на информацию от датчиков, требует переобучения всякий раз, когда пленка соскальзывает или удаляется.

Кроме того, датчики необходимо подготовить с помощью геля, чтобы обеспечить необходимую проводимость для точной регистрации сигнала. Доктор Капси Моралес объяснил: «Мы используем методы обработки сигналов, чтобы отфильтровать шум и получить полезные сигналы». Она также подчеркнула текущие усилия по оптимизации системы для каждого пациента.

Еще одним препятствием является необходимость индивидуального обучения, интерпретации и анализа из-за уникальной механики и свойств руки каждого пациента. Профессор Пьяцца подчеркивает сложность системы, которая включает в себя синергию механики, обучения пациентов, интерпретации, анализа и машинное обучение.

Хотя путь к обеспечению беспрепятственного контроля над протезированием сталкивается с трудностями, профессор Пьяцца, как сообщается, считает, что эти усилия представляют собой значительный шаг в правильном направлении.

Интеграция искусственного интеллекта и принципа синергии обещает открыть еще более естественный и интуитивный контроль над искусственными руками, предлагая новые возможности для людей с ампутированными конечностями, стремящихся восстановить функциональность и независимость.